방법 논문

현장에서 불타의 실험실 연구에 대 한 실험 절차: 가연성 및 원유의 점화 효율성

DOI:

10.3791/57307

⸱

2018년 5월 1일

 , 
1Department of Civil Engineering, Technical University of Denmark, 2School of Engineering, BRE Centre for Fire Safety Engineering, University of Edinburgh

이 논문에서

요약

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

여기, 선물이 동시에 가연성 및 현장에서 불타는 바다에 대 한 작업을 시뮬레이션 하는 조건 하에서 신선 하 고 풍 화 원유의 레코딩 효율성 연구 프로토콜.

초록

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

가연성의 동시 연구 및 2 개의 실험적인 실험실 설정을 통해 신선 하 고 풍 화 원유의 레코딩 효율성에 대 한 새로운 방법을 제시 합니다. 실험 운영 규모 실험 (풀 직경 ≥2 m), 여전히 꽤 현실 갖춘 현장에서 불타는 물에 원유의 조건 비교 쉽게 반복 있습니다. 실험 조건 냉각 오일 슬 릭 및 운영 규모 원유 풀 화재에 연료 표면에 높은 열 피드백을 시뮬레이션 하는 외부 열 플럭스 (최대 50 원/m2) 흐르는 물 하위 레이어를 포함 합니다. 이러한 조건에 해당 운영 규모 실험 하는 원유 풀 화재의 레코딩 효율성의 제어 실험실 연구 가능 메서드는 또한 임계 열 유 속에서 원유 오일 점화, 사건 열 플럭스, 점화, 시 표면 온도 및 열 관성의 기능으로 점화 지연 시간에 대 한 요구 사항에 정량적 데이터를 제공합니다. 이러한 유형의 데이터는 필요한 힘과 신선한 또는 풍 화 오일의 특정 종류를 점화 하는 점화 소스의 기간 결정 하 사용할 수 있습니다. 방법의 주요 한계는 흐르는 물의 냉각 효과 하위 레이어 레코딩 원유로 외부 열 플럭스의 기능 완벽 하 게 계량 하지는 이다. 실험 결과 명확 하 게 흐르는 물 하위 레이어 레코딩 조건 제자리에서 어떻게 대표이 설치는 개선지 않습니다 하지만 어느 정도이 표현은 정확 하지 않습니다 현재 불확실 했다. 메서드는 가장 현실적인 현장에서 불타는 동시에 가연성을 공부 하 고 불타는 물에 오일의 효율성에 대 한 현재 사용 가능한 실험실 조건 역시 갖추고 있습니다.

서론

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

현장에서 물에 유출된 원유의 불타 레코딩과 매연 및 가스 연소 제품에 그것을 변환 하 여 물 표면에서 유출된 기름 제거 해양 기름 유출 응답 방법입니다. 이 응답 엑손 발데즈1 과 심해의 지평선2 기름 유출 동안 성공적으로 적용 된 방법과 정기적으로 북극3,4,5에 대 한 잠재적인 기름 유출 응답 방법으로 언급 한 ,6. 제자리에서 기름의 불타 유출 응답 방법으로 성공적 될 것입니다 여부를 결정 하는 핵심 매개 변수에 두는 가연성 및 석유의 연소 효율성입니다. 첫 번째 매개 변수, 가연성, 얼마나 쉽게 연료 발 화 될 수 있는 및 완전 개발된 불 귀 착될 연료 표면 확산 화 염으로 이어질 수 있습니다 설명 합니다. 불타는 효율성, 두 번째 매개 변수 (wt %)에 불에 의해 물 표면에서 효과적으로 제거 하는 석유의 양을 표현 한다. 그것은 따라서 이해는 가연성 및 현장에서 레코딩 조건 아래 다른 원유 오일의 예상된 레코딩 효율성 관련이 있다.

제자리에서 레코딩 목적 점화 시스템5,7,,89에 대 한 질적 논의와 실제적인 문제 해결 일반적으로 대 한 석유의 점화 물에 slicks. 실용적인 접근의 점화에 쏟 이진 문제로 오일 그리고 "화성" 또는 "하지 요령" 오일 라벨 (예: Brandvik, Fritt-라 스무 센, 외 알. 하지만 10)은,, 근본적인 관점에서 올바른. 이론에서는, 어떤 연료 주어진 적절 한 점화 소스를 붙 였을까 될 수 있습니다. 그것은 그러므로 더 나은 이해 "하지 요령"으로 레이블 것이 원유의 속성을 다른 원유 종류의 넓은 범위에 대 한 점화 요구 계량 관련이 있다. 이 목적을 위해 개발 된 방법 사건 열 유 속, 기름 및 그것의 열 관성, 즉 얼마나 어려운 그것은 기름을 열 하는 중요 한 열 플럭스의 기능으로 오일의 점화 지연 시간을 공부 하 사용할 수 있습니다.

이전 연구에서 우리는 레코딩 효율성을 관리 하는 주요 매개 변수는 수영장 직경의 기능 연료 표면11, 열 피드백은 가정. 실험실 연구 보고 낮은 레코딩 효율성 (32-80%)8,,1213 및 대규모 연구 (풀 직경 ≥2 m)에 따라 레코딩 효율성의 명백한 풀 크기 종속성을 설명 하는 이론 높은 연소 효율 (90 ~ 99%)14,15,16보고. 여기에 설명 된 메서드는 제안 된 이론을 테스트 하도록 설계 되었습니다. 외부 열 플럭스를 소규모 실험실 실험을 쓰는 하 여 대규모 수영장 화재에 대 한 높은 열 피드백 제어 실험실 조건 하에서 시뮬레이션할 수 있습니다. 따라서, 개발된 메서드 외부 열 플럭스 변화 하 여 직경의 기능으로 효과적으로 연소 효율을 공부 하는 수 있습니다.

현장에서 의 더 큰 규모를 시뮬레이션 하는 외부 열 플럭스 뿐만 아니라 레코딩 작업, 오일 슬 릭의 차 물 흐름에 의해 냉각, 현재 바다의 냉각 효과 시뮬레이션 실험 설정 기능. 설명한 방법은 또한 신선 하 고 풍 화 원유 오일와 호환 됩니다. 원유의 풍 화는 휘발성 구성 요소 및 양식 물에서 기름 유화 액 (예를 들어, 확장17)을 물으로 혼합의 손실 등 물에 유출은 일단 한 원유에 영향을 주는 물리적, 화학적 과정을 설명 합니다. 증발 및 유화 원유 오일18 의 가연성에 영향을 주는 주요 풍 화 프로세스의 두 있으며 이러한 풍 화 프로세스를 시뮬레이션을 위한 프로토콜 따라서 논의 방법에 포함 됩니다.

여기, 우리는 가연성 및 현장에서 불타는 바다에 대 한 작업을 시뮬레이션 하는 조건 하에서 원유의 레코딩 효율성 결정 하는 새로운 실험실 방법 제시. 가연성 및 원유 오일의 연소 효율에 대 한 이전 연구 기능 비교 및 다른 방법. 외부 열 플럭스의 기능으로 신선 하 고 풍 화 원유 오일의 가연성 물19 및 북극 온도20에서 연구 했다. 레코딩 효율성 연구 일반적으로 신선한의 종류에 집중 하 고 극복 한 원유 오일 및 고정 규모 환경 조건 (예를 들어, Fritt-라 스무 센, 외. 8Bech, Sveum, 외 알. 21). 원유 오일 화학 목 축 업에 포함 된의 대 한 최근 연구는, 저자, 지식 첫 번째 작은, 중간, 대 한 레코딩 효율성 연구와 비슷한 조건13에서 대규모 실험. 그러나 대규모 실험은,, 파라메트릭 연구 시간과 같은 실험 수행에 필요한 자원의 광범위 한 금액으로 인해 쉽게 사용할 수 없습니다. 앞에서 언급 한 연구를 통해 제시 방법의 주요 장점은 동시에 모두는 가연성을 공부 하 고 불타는 세미 현실적인 조건에서 원유의 효율성에 대 한 수 것입니다. 원유 오일에 대 한 이러한 두 매개 변수 모두 다른 기름 종류와 쉽게 반복 실험을 통해 (시뮬레이션된) 풀 직경의 기능으로 공부의 조합 이전 연습에서 실현 되지 않았습니다.

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프로토콜

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이 프로토콜을 사용 4-8 단계에서 사용 되는 두 개의 서로 다른 실험 설정을 동반 회로도 같이. 첫 번째 설치 되는 원유 가연성 기구 (COFA) (그림 1 과 그림 4)는 1.0 × 1.0 × 0.50 m는3 금속 물통 예 같이 작은 규모의 원유 실험, 레코딩 제자리에서 실시 설계 에 반 Gelderen, Brogaard, 외 알. 22 두 번째 설치는 주문 품 샘플 홀더 및 가스 분석기는 O2, CO2, 측정 하는 불꽃 점화와 콘 히터23 및 CO 농도 배기에서 덕트24 (그림 2 와 그림 3)입니다. 이러한 설정의 기술 사양 또한 포함 하는 설정의 사진 보충 문서에서 추가 정보에 설명 되어 있습니다. 달리 지정 하지 않는 한 데이터 측정 (예: 온도, 열 플럭스, 또는 가스 농도)는 멀티플렉서 및 데이터로 거를 통해 디지털로 측정 됩니다. 데이터로 거는 디지털 데이터 수집 프로그램으로 운영 한다. 프로토콜, 어구 "데이터로 거를 시작 하 는" 데이터의 수집을 시작 하는 데 필요한 제조 업체에 의해 제공 프로그램 지침에 따라 모든 작업을 포함 됩니다.

1. 일반 원유의 처리

  1. 공부 될 각각의 신선한 오일에 대 한 5ml 샘플을가지고 고 그것의 밀도 점도 점도 계에 25 ° C에서 측정. 추가 사용까지 닫힌된 유리 병에 5-10 ° C에서 오일의 나머지 부분을 저장 합니다.
    주의: 신선한 원유 가연성 이며 원유와 그것의 증기 보통 높은 건강 위험을 포즈. 그것은 또한 깨끗 한 피부 또는 비누와 같은 비 유해 화학 물질과 눈에서 어렵다입니다. 원유를 처리 하는 경우 보호 안경 및 장갑을 착용 하 고 통풍이 잘되는 지역에서 작동.
  2. 각 테스트 세션의 시작에서 원유 오일 냉각된 (5-10 ° C) 스토리지에서 테스트 것입니다 걸릴. 1-2 분에 대 한 손으로 각 오일 컨테이너를 흔들어 하 고 그들이 실험을 실시 하기 전에 실내 온도까지 열. 원유 오일 냉각된 저장 테스트 세션을 반환 합니다.
  3. 실수로 휘발성 비 극 지 용 매를 사용 하 여 원유로 오염 하는 어떤 표면 든 지 청소 (e.g.,n-헵).

2. 증발 풍 원유 기름 통해 버블링 가압 공기의

참고:이 단계는 기반으로 Stiver와 맥 케이25 및 Buist, 포터, 외 알. 26

  1. 균등 하 게 5-10 L 플라스틱 컨테이너의 뚜껑에 구멍을 (예를 들어, 5 mm의 직경 (D) 6)의 수 및 단일 구멍 (예를 들어,D = 8-10 m m) 컨테이너의 위쪽 가장자리 근처의 측면 중 하나에.
  2. O-ring을 확인 (약 D = 20 m)는 연결 된 플라스틱 관에서 연결 4-6 m m 내부 직경 (아이디)을 열고 드릴 구멍의 수 (예를 들어, 6 D = 1 m m)는 오 링의 한쪽을 따라 균등 하 게 분산.
    참고: 컨테이너 밖으로 날 려 되는 원유의 양을 최소화 하기 위해 링에 구멍에서 뚜껑에 구멍의 수직 위치 오프셋 하려고 합니다.
  3. O-링 플라스틱 컨테이너의 측면 구멍을 통해가 플라스틱 튜브를 (예를 들어, 아이디 4-8 m m)에 연결 합니다. 이 튜브는 조절 밸브와 압력 게이지 압축된 공기 시스템에 연결 됩니다.
  4. 그리고 뚜껑과 플라스틱 링 플라스틱 용기를 별도로 무게 그들의 무게를 등록.
  5. 컨테이너에 2-4 L (의 밀도에 따라) 원유의 무게 고 무게를 등록.
  6. 증기 두건에서 컨테이너를 놓고 압축된 공기 시스템에 o-링을 연결 합니다. 높은 압력에서 기름 통해 공기 거품 컨테이너의 뚜껑에 구멍을 통해 기름 부 없이 가능한 (예를 들어, 200 kPa).
  7. 시작 및 모니터링 (wt % 손실)에서 원하는 증발 풍 화 상태를 달성 하는 때 각 작업 일의 끝에 기름 무게 (예를 들어, 20 wt % 손실 초기 무게에 비해). 이것은 기름 유형 및 공기 압력에 따라 연속 버블링의 일주일에 1 일에서 걸릴 수 있습니다. 각 중간 무게 측정 필요한 증발 시간 예측을 원하는 증발 풍 화 상태에 도달 하는 데 도움이 시간의 기능으로 증발 곡선을 설정 하는 데 사용 됩니다.
    참고: 첫 번째 날, 후 원유 남겨질 수 있습니다 일반적으로 증기 두건에서 몇 일 (예: 주말)에 대 한 가압된 공기를 닫을 때 어떤 상당한 양의 질량을 잃지 않고.
  8. 원유의 증발이 완료 되 면 오일의 5 mL 샘플 고의 밀도 점도 점도 계에 25 ° C에서 측정. 추가 사용에 대 한 닫힌된 유리 병에 5-10 ° C에서 오일의 나머지 부분을 저장 합니다. 모든 원유 남아 제거 하려면 휘발성 비 극 지 용 매와 용기, 뚜껑, 및 o-링을 청소.

3. 로타리 테이블 동요를 사용 하 여 원유의 유화

참고:이 부분의 프로토콜 Daling, 엠, 동부 표준시 알에서 수정 되었습니다. 27

  1. 원유와 신선한 또는 소금 물 혼합물의 900 mL의 총 1 L 유리 병, 유제에 원하는 vol % 일치 하는 물의 양을 추가. 예를 들어 40 vol %로 물 에멀젼은 540 mL 물 360 mL와 원유의 이루어져 있다. 증발된 원유를 사용 하는 것이 좋습니다 보다는 신선한 원유, 풍 화를 더 정확 하 게 제시 물에 유출 기름 처리 하 고 더 안정 된 유화 액을 만들.
    참고: 그 병은 완전히 채워지지 기름과 물의 난 류 혼합에 사용할 수 있는 공간이 있다 그래야 중요 하다.
  2. 적극적으로 손으로 1-2 분 동안 물-오일 혼합을 흔들. 그런 다음 유리 병 떨고 회전 테이블에 놓고 실 온에서 20 h 175 rpm에서 물-오일 혼합물을 저 어.
    참고: 유제 물 계층의 분리와 함께 문제를 방지 하기 위하여 실시 유제와 실험으로 같은 날에 20 h 떨고 기간 완료 되 면.
  3. 유제의 5 mL 샘플 기간을 떨고 20 h 후 고의 밀도 점도 점도 계에 25 ° C에서 측정.
  4. 유제 불안정 (아래 참조) 이면 유제 로타리 테이블 동요에 다시 놓고 끊임없이 실험 사이 175 rpm에서 유제를 흔들. 각 실험의 시작에 로타리 테이블 동요를 수동으로 중지 하 고 유제 (7.5 단계)의 필수 소요 다음 로타리 테이블 동요에 그것을 반환 합니다. 일단 모든 실험 실시 해야 유제와 함께, 로타리 테이블 동요를 중지 하 고 냉각된 (5-10 ° C) 스토리지에 유제를 저장.
  5. 유제는 안정, 회전 하는 진동 테이블에서 유제를 제거 하 고 실 온에서 휴식 하자. 각 실험에 대 한 오일의 필요한 금액을 복용 하기 전에 1-2 분에 대 한 적극적으로 에멀젼을 손으로 흔들어. 모든 실험 실시 해야 유제와 함께, 일단 냉각된 (5-10 ° C) 저장소에 저장 합니다.
    참고:이 프로토콜을 위해 불안정 한 유화 액 즉, 전형적인 평일의 끝 전에 몇 시간와 명확 하 게 보이는 물 층을 형성 하는 유화 액으로 정의 됩니다.

4. 참조 제자리에서 굽기 실험 콘 설치에 물 냉각의 교정 COFA (그림 1)에서

  1. 결합 높이 COFA의 중심에서 35-45 cm의 스탠드에 5 cm 높은 Pyrex 유리 실린더와 16.3 ㎝ (16.9 c m의 외경)의 아이디를 배치 합니다. 소유자의 모양 물 Pyrex 유리 실린더에 의해 커버 된 지역에서의 자유로운 흐름에 대 한 허용으로 무관 하다. 채워는 COFA 민물 (340-440 L) 수 위는 Pyrex 유리 실린더의 가장자리 아래 1 cm.
  2. 프로 펠 러 직접 Pyrex 유리 실린더에 직면 COFA의 측면 중 하나에 놓습니다. 프로 펠 러와 수직 높이 조정 켜고 파도 Pyrex 유리 실린더 안쪽에 물에서 겨우 관찰할 흐름. 수직 높이 및 흐름 자세 (예를 들어, 1000 L/h)를 등록 하 고 프로토콜을 계속 하기 전에 프로 펠 러를 해제.
    참고: 프로 펠 러 boilover 현상,2829를 방지 하기 위하여 불타 원유 아래 물 레이어를 효과적으로 냉각 물 본문에는 전류를 만드는 데 사용 됩니다. 처음 설정된 흐름 및 프로 펠 러의 수직 높이 물 하위 계층의 충분 한 냉각 하지 발생할 수 있습니다 그리고는 boilover 다음 여전히 발생 합니다.
    주의: 한 boilover는 크게 증가 불꽃 높이와, 레코딩 속도, 열 방출 속도 오일 동안 방울 불29,,3031에서 배출 되는 폭발적인 레코딩 상태입니다. 취약 한 모든 장비는 보호 (예를 들어, 알루미늄 호 일) 확인 하 고 화재 로부터 적절 한 거리에 인력과 장비를 유지.
  3. 알루미늄 접시에 Pyrex 유리 실린더 (즉, 밀도 및 104 mL의 볼륨에 따라)에 5 m m 두꺼운 오일 슬 릭에 상응 하는 원유의 금액을 무게.
  4. Pyrex 유리 실린더 내부 물에 원유를 부 어. 수 너무 빨리 기름을 붓는 의해 실린더의 바닥에 밖에 서 석유를 유출 하지 않도록 주의 하십시오. 다시 알루미늄 접시 무게 및 원유 Pyrex 유리 실린더 내부 부 어의 실제 무게를 등록 합니다.
  5. 기름을 뿌려의 표면 1-2 mm Pyrex 유리 실린더의 가장자리 아래 때까지 천천히는 COFA에 물을 추가 합니다. 이 높이 차이 점화 시 범람에서 석유를 방지 하기 위해 중요 하다.
  6. 배기 후드와 프로 펠 러를 켭니다. 다음 부탄 핸드 토치를 사용 하 여 원유를 점화 하 고 스톱 워치와 멸종의 순간에 점화의 순간에서 레코딩 시간을 측정 한다.
  7. 불은 자연스럽 게 소멸 후 수집 (화상 잔류물으로 알려진) 물 표면에 남아 있는 오일 소수 흡수 패드를 사용 하 여 알려진 무게. 잔류물의 무게를 결정 하기 위해 패드 무게 전에 수집된 물 흔들어. 연소 효율은 다음 식 (1)를 사용 하 여 계산 하 고 레코딩 속도 레코딩 시간 (초)에 의해 초기 질량 및 잔류물 질량의 차이 나누어 계산 됩니다.
    figure-protocol-1(1)
  8. 화재는 boilover에서 발생 하는 경우에 수 면은 다시 Pyrex 유리 실린더 가장자리 아래 1cm까지는 COFA에서 프로토콜을 배수 물 4 단계를 반복 합니다. 휘발성, 비 극성 용 매와 Pyrex 유리 실린더의 가장자리를 청소. 다음 프로 펠 러와 Pyrex 유리 실린더 사이의 수직 거리를 줄일 수 및 프로 펠 러의 흐름 입장을 증가 하 고 프로토콜 단계 4.8 4.3 반복.
  9. 화재는 boilover로 끝나지 않는 경우에 사용 하 여 계산 된 레코딩 효율성과 레코딩 속도 단계 4.7에서에서 보정 물 콘 설치에 냉각.

5. 콘 설치 (그림 2 및 그림 3)에 대 한 물 냉각의 구경 측정.

  1. 유연한 플라스틱 튜브 (4mm 아이디)의 끝나는 1 m m 두께 K 형 열전대 열전대 비드 튜브 안에 자유롭게 일시 중단 되도록에서 1cm에 찔린 합니다. 소계 (PTFE) 테이프와 열전대 이동 하지 않습니다 하 고 물에 빵 꾸에서 누설 하지 않는 알루미늄 테이프는 열전대를 수정 합니다. 열전대 데이터로 거를 연결 합니다.
    1. 스테인리스 스틸 튜브 어댑터 튜브에 대 한 5.1 단계를 반복 하 고 튜브 어댑터 직접 아래 열전대를 삽입.
  2. 놓고 가능한 냉각 저수지의 바닥에까지 열전대와 그것의 끝에와 함께 첫 번째 플라스틱 튜브를 수정 합니다. 연동 펌프는 가변 흐름 속도와 입구에 튜브의 다른 쪽 끝을 연결 합니다.
  3. 새로운 플라스틱 튜브 연동 펌프의 콘센트에 연결 하 고 스테인리스 스틸 튜브 어댑터에이 플라스틱 튜브의 다른 쪽 끝을 연결 합니다. 튜브 어댑터 벨로 우즈 밸브를 연결 하 고 콘 샘플 홀더를 벨로 우즈 밸브를 연결. 연결이 필요할 때 연결 사이 PTFE 테이프를 사용 하 여 물을 누설 하지 않습니다 확인 합니다.
  4. 그러면 어댑터 아래 열전대와 튜브의 튜브 어댑터에 연결 하는 벨로 우즈 밸브를 콘 샘플 홀더의 다른 쪽을 연결 합니다. 이 튜브의 다른 쪽 끝은 놓이고 outflowing 물을 냉각 저수지에 반환 되도록 냉각 저수지의 상단에 고정.
    참고: 유입 튜브 및 아울렛 튜브는 충분 한 공간적 거리 저수지에 온수 물 직접 recirculated 하지 하지만 재순환 전에 저수지에서 냉각 되 면 다는 것을 확인 하십시오.
  5. 샘플 홀더를 콘 히터 아래 연결 된 튜브를 놓습니다. 외부 가장자리는 23 mm 콘 히터의 하단에서 소유자의 높이 조정 합니다. 튜브 샘플 홀더 샘플 홀더 포함 한다 원유 일단 콘 히터 아래 배치 쉽게 수 있도록 충분 한 길이 다는 것을 확인 하십시오.
  6. 광된 물으로 냉각 저수지를 선택한 온도 (예,12 ° C)에 물을 냉각. 벨로 우즈 밸브를 열고 선택한 흐름 (예: 7 L/h)에 샘플 홀더를 통해 물 흐름을 시작 합니다. 홀더는 홀더 물으로 완전히 채워 소유자에서 남아 있는 공기를 제거 하는 것을 흔들어.
  7. 데이터로 거를 시작 하 고-그리고 outflowing 물을 온도 지속적으로 모니터링 합니다. Outflowing 물 온도 안정화 되 면 펌프를 중단 (이것은 일반적으로 몇도 설정된 저수지 온도 이상), 벨로 우즈 밸브를 닫고 배기 후드를 켭니다.
  8. 부하 규모에 샘플 홀더를 배치 하 고 규모를 포장. 매끄러운 두께 10 m m (즉, 밀도 및 95 mL의 볼륨에 따라)에 해당 하는 샘플 홀더를 석유의 금액을 추가 합니다. 다음 벨로 우즈 밸브를 열고 펌프를 다시 시작 합니다.
  9. 신중 하 게 콘 히터 아래 샘플 홀더를 배치 하 고 부탄 핸드 토치와 기름 점화. 스톱 워치와 멸종의 순간에 점화의 순간에서 레코딩 시간을 측정 합니다.
    주의: 때 오일 물 포함 하는 굽기, 자연스럽 게 또는 유화, 인해는 boilover 중에 발생할 수 레코딩 (4 단계 참조).
  10. 화재 진화 후 중지 펌프, 밸브, 튜브, 분리 닫고 tared 규모 샘플 홀더를 배치. 화상 잔류물을 포함 하는 소유자의 무게를 등록 합니다.
  11. 휘발성 비 극 지 용 매와 홀더에서 구운된 기름 잔여물 청소. 잔류물의 무게를 결정 하기 위해 다시 청소 홀더 무게. 다음 레코딩 효율성을 계산 하 고 불타는 시간 단계 4.7에에서 설명 된 대로.
  12. 레코딩 효율성과 레코딩 속도 일치 프로토콜 4 단계에서 결과 하는 경우에 물 온도 흐름 지금 보정 고 다음 프로토콜 단계에서 사용할 수 있습니다. 레코딩 효율성과 레코딩 속도 프로토콜 4 단계에서 결과 일치 하지 않는 경우에 새로운 저수지 온도 및 새로운 흐름에 따라 선택 합니다. 샘플 홀더를 튜브를 다시 연결, 밸브, 펌프를 시작, 모든 공기를 제거 하는 홀더를 흔들어 열고 단계 5.7-5.12를 반복 합니다.
    참고: 그것은 수 없습니다 레코딩 효율성 및 레코딩 속도 일치 하도록 가능한. 설명된 프로토콜 위해 레코딩 효율성 더 중요 한 것 이며 최대한 정확 하 게 일치 해야 합니다. 여러 오일을 테스트할 때는 물 온도 흐름 측정 수 있다 수 중 한 기름, 또는 각 오일에 대 한 개별적으로. 보정 물 온도 흐름에 각 오일 개별적으로 물에 더 정확 하 게 레코딩 석유 시뮬레이션할 수 있습니다, 하는 동안 점화 지연 시간 결과 다양 한 오일 (6 단계)의 수 있습니다 쉽게 때 비해 더 고정을 사용 하 여 온도 물 흐름에 대 한 모든 실험입니다.

6. 콘 히터 (그림 2-3)의 구경 측정.

  1. 콘 히터의 온도 열 플럭스 출력을 사용 하 여 냉각된 열 플럭스 100 kW/m2의 최대 용량 게이지 사이의 상관 관계를 보정.
    1. 수족관 펌프를 양동이에 놓고 펌프 완전히 빠져들 수 있도록 추위 수돗물과 양동이 채울 합니다.
    2. 플라스틱 튜브 열 플럭스 게이지 수족관 펌프를 연결 합니다. 열 플럭스 계기에 두 번째 플라스틱 튜브를 연결 하 고 물 튜브에서 쉽게 관찰 될 수 있다 그래야 양동이, 물 표면 위에 약간 내부 튜브의 다른 쪽 끝을 수정. 펌프를 켜고 물의 꾸준한 흐름 열 유량 계기에 흐르는 확인 하십시오.
    3. 배기 후드를 켜고 콘 200 ° c까지 열 원추의 중심 아래 열 유량 계기 (위쪽으로 향하게) 25 m m를 놓고 열 플럭스 게이지 데이터로 거를 연결 합니다. 데이터로 거를 시작, 셔터, 그리고 읽고 안정적인 열 플럭스 인수 때까지 5-10 분에 대 한 열 유 속 측정, 다음 데이터 수집을 중지 열고 셔터를 닫습니다.
    4. 반복 단계 6.1.3 콘 300, 400, 500, 600, 700, 720, 740, 760, 780와 800 ° C의 온도에서
  2. 콘 온도 측정된 데이터 포인트를 사용 하 고 데이터 요소 간의 선형 상관 관계를 가정 하 고는 3-50 kW/m2 의 열 용에 해당 하는 결정 합니다.

7. 가연성 원유 콘 설정 (그림 2-3)에서 실험

  1. 각 테스트 세션의 시작 부분에 열 플럭스와 체크 게이지 콘 온도 10 원/m2 여전히 열 플럭스는 올바른 읽기 (± 5%)를 제공 하는 여부. 그렇다면, 프로토콜 진행. 그렇지 않으면 6 단계를 반복 하 여 계속 하기 전에.
  2. 각각의 시작에서 세션을 테스트, 배기 후드, 가스 분석기, 설정 켜고의 제조업체에서 제공 하는 사양에 따라 가스 분석기 교정.
  3. 샘플 홀더는 콘 아래 놓으면 거기 23 m m는 콘의 맨 아래와 소유자의 외부 가장자리 사이의 거리는 확인 하십시오.
  4. 5 kW/m2의 열 유동 하는 온도를 콘을 열.
    1. 한편, 차가운 온도에 물이 저수지에서에서 발견 5 단계, 샘플 홀더를 연결 하는 물 관, 밸브, 열고 5 단계에서 발견 하는 흐름에 펌프를 시작 합니다. 흔들어 샘플 홀더는 홀더 안에 갇혀 있는 공기를 제거 하. 데이터로 거를 시작 하 고 outflowing 물 온도 안정화 될 때까지 물 온도 모니터링 합니다.
    2. 원추와 샘플 홀더는 그들의 각각 설정된 온도에서 안정, 일단 펌프를 중지, 샘플 홀더 밸브 닫고 밸브에서 튜브를 분리 합니다.
  5. 부하 규모에 샘플 홀더를 배치 하 고 규모를 포장. 매끄러운 두께 10 m m (즉, 밀도 및 95 mL의 볼륨에 따라)에 해당 하는 샘플 홀더를 실 온에서 석유의 금액을 추가 합니다. 그런 다음 튜브를 다시 연결, 벨로 우즈 밸브 열고 펌프를 다시 시작 합니다.
  6. O2, CO2, 그리고 연소 가스와 물의 그리고 아웃 flowing 온도에서 CO 농도 측정 하는 가스 분석기에 대 한 데이터로 거를 시작 합니다.
  7. 조심 스럽게 원뿔 아래 샘플 홀더를 놓고 두 워치를 준비 합니다. 샘플을 통해 불꽃 점화기 위치로 이동 합니다. 다음 셔터를 열고 첫 번째 스톱 워치를 시작 합니다.
  8. 기름의 점화, 시 동시에 첫 번째 스톱 워치를 중지 하 고 두 번째 스톱 워치를 시작 합니다. 그런 다음 다시 레코딩 샘플에서 중립 위치에 불꽃 점화기를 이동 합니다.
    1. 10 분 이내 기름 점화 하지 않는 경우 첫 번째 스톱 워치를 중지 하 고 중립 위치에 불꽃 점화기를 다시 이동 하는 방법. 그런 다음 부탄 핸드 토치를 사용 하 여 석유를 점화 하 고 두 번째 스톱 워치를 시작.
      주의: 때 오일 물 포함 하는 굽기, 자연스럽 게 또는 유화, 인해는 boilover 발생할 수 있습니다 레코딩 (단계 4).
  9. 화재 진화 후 두 번째 스톱 워치를 중지, 셔터, 닫고 가스 분석기 및 물 온도 냉각의 데이터 수집을 중지 합니다. 다음 중지 펌프, 밸브, 튜브, 분리 닫고 tared 규모 샘플 홀더를 배치. 화상 잔류물을 포함 하는 소유자의 무게를 등록 합니다.
  10. 휘발성 비 극 지 용 매와 구운된 기름 잔여물에서 홀더를 청소 하십시오. 잔류물의 무게를 결정 하기 위해 다시 청소 홀더 무게. 다음 레코딩 효율성을 계산 하 고 불타는 시간 단계 4.7에에서 설명 된 대로.
  11. 테스트 하는 것입니다 각 오일에 대 한 단계 7.4-7.10 10, 20, 30, 40, 50 원/m2의 열 용에 대 한 반복 합니다. 각 실험 후 콘 히터 코일에 입금 모든 그을음을 제거 합니다.
    1. 필요한 최소 열 플럭스 조종된 점화, 즉 에 필요한 중요 한 열 유량을 설정 하기 위해 추가 열 플럭스를 테스트 하려면 필요할 수 있습니다. 7.4-7.10 열 플럭스는 조종된 점화에 낮은 열 유 속에서 1 kW/m2 씩 하향 조정에 대 한 발생 열 플럭스는 조종된 점화 되지 10 분 이내 관찰은 테스트 될 때까지 단계를 반복 합니다. 중요 한 열 유 속은 다음이 열 유 속의 1 kW/m2 위 범위 내에서 발견 됩니다.
      주의: 매우 휘발성 원유 오일 수 점화 저절로 때 복종된 매우 높은 열 플럭스 (≥40 원/m2), 콘 히터의 셔터를 닫을 때에.

8. COFA 설치 (그림 4)에서 원유의 점화 실험 시 표면 온도.

  1. COFA (그림 1)의 중심에서 35-45 cm의 결합 된 높이 스탠드에 16.3 ㎝ (16.9 c m의 마약)의 아이디를 5 cm 높은 Pyrex 유리 실린더를 놓습니다. 실린더의 외부 가장자리에서 적어도 5 cm의 수평 거리에 Pyrex 유리 실린더의 2 개의 반대 측에 조정 가능한 스테인리스 스틸 발 밑에 장착 된 두 개의 적외선 (IR) 히터를 배치 합니다.
    참고: 정확한 사양 및 IR 히터의 적용 되지 않습니다으로 그들은 일반적으로 5 ~ 20 kW/m2 점화 필요 원유 오일, 점화 기름 표면에 충분히 높은 열 플럭스를 제공할 수 있습니다. 1 kw 급 최소 히터 폭 17 cm의 최소 전력 조언 된다. IR 히터 공기 팬 등의 냉각 시스템 한다 또한와 상호작용 하지 기름을 뿌려 실험 기간 동안.
  2. 문제는 원유의 점화 시 표면 온도를 측정 열 유 속의 2-5 kW/m2 의 임계 열 유 속 (단계 7.11.1) 보다 높은 것이 좋습니다.
    1. 단계 6.1.1-6.1.2에 따라 100 원/m2 열 유량 계기를 준비 하 고 데이터로 거에 열 플럭스 게이지를 연결. 장소 열 유 속 측정 Pyrex 유리 실린더의 중심에서 위쪽으로, 실린더의 위쪽 가장자리 아래 1-2 m m의 높이에 직면. Pyrex 유리 실린더에 여기에서로 불린다 "평면" 안쪽이 높이에 수평 영역입니다. 이 평면 Pyrex 유리 실린더 안에 석유 매끄러운 표면에 해당합니다.
      주: 그 열 플럭스 게이지 이동 될 수 있다 자유롭게 수평 평면에 수평 비행기의 다양 한 위치에서 사건 열 플럭스를 측정할 수 있도록 확인 하십시오. Pyrex 유리 실린더 열 플럭스를 올바르게 배치에 대 한 시각 보조 기능 게이지 수평 평면에만 필요한 경우, Pyrex 실린더 8.2 단계 제거 될 수 있다 그래서.
    2. 데이터로 거를 시작 하 고 IR 히터를 켜고 모니터 수평 비행기의 센터에서 사고 열 플럭스. 원하는 문제 열 플럭스를 얻을 때까지 IR 히터 (높이, 각도 및 수평 비행기에서 수평 거리) 및 그들의 전원 출력 비율의 공간 위치를 조정 하 여 수평 평면에 사고 열 플럭스를 조정.
    3. 수평 비행기의 외부 가장자리에 사건 열 유 속 측정. 모든 위치에서 사건 열 플럭스 2-5 kW/m2 테스트 됩니다 오일의 중요 한 열 유 속 보다 높은 해야 합니다. 필요한 경우 위치 및 이전 단계에 따라 IR 히터의 전원 출력 비율을 조정 합니다.
    4. 각 조정 후 IR 히터의 위치와 전원 출력의, 그것의 센터와 외부 가장자리에 수평 평면에 사고 열 유 속을 측정 합니다.
    5. 8.2.2-8.2.5 단계를 반복 하 여 수평 평면에 걸쳐 측정된 문제 열 유 속은 2-5 kW/m2 선택 된 오일의 중요 한 열 유량 보다 더 높은. 그리고, IR 히터를 끄고 열 플럭스 게이지를 제거 합니다. 필요한 경우에 그것의 대에 다시 Pyrex 유리 실린더를 놓습니다.
  3. 수 위는 Pyrex 유리 실린더의 가장자리 밑 1cm는 COFA 민물 (340-440 L)로 작성. 4 단계에서 찾은 높이에 Pyrex 유리 실린더에 직접 직면 COFA의 측면 중 하나에 프로 펠 러를 놓습니다.
  4. 놓고 1-2 mm Pyrex 유리 실린더의 가장자리 아래에 3 1 m m 두께 K 형 열전대의 집합을 수정 합니다. 그들은 각 열전대 사이 약 1-2 cm의 거리는 실린더의 반경에 따라 측정 하는 열전대를 정렬 합니다. 데이터로 거에는 열전대를 연결 합니다.
  5. COFA에는 금속 스탠드에 금속 막대를 불꽃 점화 금속 클램프를 첨부 합니다. 스탠드를 배치 하는 점화기 쉽게 이동할 수 있습니다 중립적인 위치에서 위치를 다시 중립 위치로 다시 Pyrex 유리 실린더의 중앙 지역 위에 2-3 cm.
  6. 알루미늄 접시에 Pyrex 유리 실린더 (즉, 밀도 및 104 mL의 볼륨에 따라)에 5 m m 두꺼운 오일 슬 릭에 상응 하는 원유의 금액을 무게.
  7. Pyrex 유리 실린더 내부 물에 원유를 부 어. 수 너무 빨리 기름을 붓는 의해 실린더의 바닥에 밖에 서 석유를 유출 하지 않도록 주의 하십시오. 다시 알루미늄 접시 무게 및 원유 Pyrex 유리 실린더 내부 부 어의 실제 무게를 등록 합니다.
  8. 석유의 표면 단지 3 개의 열전대의 접촉으로 올 때까지 천천히는 COFA에 물을 추가 합니다. 불꽃 점화 기름 위에 그것의 위치를 이동 합니다.
  9. 특정 검색 번호를 일치 하는 각 두 번째 데이터로 거 및 기초 시계 동기화를 시작 합니다. 배기 후드, 프로 펠 러, 그리고 불꽃 점화를 켜십시오. 적외선 히터를 켜고 전원 출력 단계 8.2에서에서 찾은 비율을 설정.
  10. 기름의 점화, 시 스톱 워치 및 데이터로 거를 중지, 스파크 점화기 및 중립 위치로 이동 끄고 IR 히터 및 프로 펠 러. 다음 신중 하 게 Pyrex 유리 실린더 위에 불연 커버를 삽입 하 여 화재를 소화. 불을 진화 이동 열전대 필요할 수 있습니다 첫번째.
  11. 수집 하 고 소수 성 흡수 패드와 원유의 처분. 배수는 COFA에서 물 수위가 낮은 만큼 다시 열 유량 게이지와 수평 평면에 사고 열 유 속 측정 될 때까지. Pyrex 유리 실린더 휘발성 비 극 지 용 매와 청소.
  12. 3 열전대의 온도 검사 번호의 기능으로 플롯 합니다. 초시계에 시간에 따라, 해당 검색 번호 및 플롯된 그래프 테스트 원유의 점화 시 표면 온도 결정 합니다.
  13. 테스트 됩니다 각 추가 석유에 대 한 단계 8.2-8.12를 반복 합니다.

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결과

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그림 5 에서는 2 단계에서 설명한 방법을 사용 하 여 30 wt %의 손실에 여러 일 동안 증발 했다 빛 원유의 증발 곡선. 그림은 명확 하 게 그 증발 풍의 첫 날 (19 h), 후 증발 속도 크게 감소, 프로토콜에서 설명 했 듯이 일시 중지에 대 한 수 있습니다 보여줍니다.

그림 6 신선한 Grane (무거운 원유)에 대 한 콘 히터 (7 단계, 그림 2-3)에서 사고 열 플럭스의 기능으로 점화 지연 시간을 보여줍니다 및 7 wt %의 손실 Grane 증발. 결과 증발된 원유 오일에 대 한 증가 점화 지연 시간에의 한 예를 제공. 또한, 수직 점근 나타내는 임계 열 유 ...

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토론

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이 문서에서 설명 하는 두 가지 풍 화 방법에는 물에 엎지른된 기름은17를 받게 하는 풍 화 프로세스의 비교적 간단한 근사. 다른, 더 정교한 풍 화 방법은 순환 수조 Brandvik와 Faksness35에 의해 설명 같은 풍 화 원유 샘플을 제공 하기 위해 사용할 수 있습니다. 제시 방법의 장점은 간단한 장비를 필요로 하 고 실험실 환경에서 쉽게 수행할 수 있습니다. 결과 풍 화 원유 오일 대표 결과 섹션에서와 같이 가연성이이 프로토콜에서 레코딩 효율성 연구의 목적에 대 한 기능 있습니다.

프로토콜에 주요 한계 중 하나는 콘 설정 (5 단계)에 대 한 냉각 물의 교정입니다. 문제는 제자리에 레코딩 필드 실험 같은 규모와 비슷한 조건에서 콘 설치로에 사용할 수 있는 참조 데이터입니다. 또한 아무 쉽게 사용할 수 있는 열 전달 모델은 불타 원유 및 그것의 흐르는 물 하위 계층 사이...

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공개 사항

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저자는 공개 없다.

감사의 글

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저자 (그랜트 DDF-1335-00282) 프로젝트 자금에 대 한 독립적인 연구를 위한 덴마크 위원회를 감사 하 고 싶습니다. COWIfonden 원유 가연성 기구 및 덕트 삽입을 포함 하 여 가스 분석기의 건설 자금. Maersk 기름과 Statoil 원유 오일 대표 결과에 사용 된를 제공 합니다. 어떤 스폰서는 프로토콜 또는이 문서의 결과에 참여 했습니다. 저자 또한 Ulises 로하스 알바 수정된 콘 샘플 홀더 건설에 대해 감사 하 고 싶습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
DUC 원유MaerskN/A경질유: r = 0.853g/ml 및 h = 6.750mPa*s.
Grane 원유StatoilN/Ar = 0.925g/ml 및 h = 133.6mPa*s의 중질유.
SVM 3000 Stabinger 점도계Anton PaarC18IP007EN-P신선 및 풍성 원유용 점도 및 밀도계.
Laboshake RO500Gerhardt11-0002물과 오일 혼합물을 유화하기 위한 회전식 진탕 테이블.
Jebao Wave Maker RW-4JebaoN/A프로펠러(유량 500-4000 L/h)는 전류를 생성하기 위해 COFA 설정에 사용됩니다.
Aquabee UP 3000AquabeeUP 3000열유속 게이지 냉각용 수족관 펌프.
Adventurer Precision Electronic BalanceOHAUSAX5205하중 스케일은 COFA 실험을 위해 오일의 무게를 측정하는 데 사용되며 원뿔 설정을 위한 맞춤형 원뿔 샘플 홀더에 사용됩니다.
3M 오일 흡착제 패드VWRMMMAHP156불의 연소 효율을 결정하기 위해 오일 잔류 물을 수집하는 데 사용되는 소수성 흡수 패드.
질량 손실 열량계화재 테스트 기술 (FTT)B11325-650-1-1608표준 정사각형 샘플 홀더가 아닌 원유 테스트에 맞춤 제작 원형 홀더가 사용되었습니다. 최대 100kW/m2 범위의 열유속 게이지가 포함되어 있습니다.
34972A 데이터 수집 / 데이터 로거 스위치 유닛RS Components Ltd.702-7958키사이트테크놀로지스에서 제작. 키사이트 benchLink 데이터 로거 3 소프트웨어로 작동하며 20채널 멀티플렉서가 장착되어 있습니다.
Keysight Technologies 34901A 20채널 멀티플렉서RS Components Ltd.702-7939키사이트테크놀로지스 제작.
벨로우즈 밀봉 밸브스웨즈락SS-1GS6MM콘 설정을 위한 맞춤형 콘 샘플 홀더의 물 안팎을 열고 닫는 토글 밸브.
Kronos 50 연동 펌프SEKOKRFM0210M6000콘 설정을 위한 맞춤형 콘 샘플 홀더를 냉각하는 데 사용되는 연동 펌프입니다.
ARCTIC A28 Refrigerated CirculaterThermoFisher Scientific152-5281수냉식 저장 탱크는 원뿔 설정을 위한 맞춤형 원뿔 샘플 홀더를 통해 흐르는 냉각수를 냉각하는 데 사용됩니다. SC 100 침수 순환기 컨트롤러가 포함되어 있습니다.
덕트 인서트가 있는 가스 분석 계측콘솔 화재 테스트 기술(FTT)B11328-650-1-1609O2, CO2 및 CO용 가스 분석기는 34972A 데이터 수집/데이터 로거 스위치 장치를 사용합니다.
세라믹 & 스테인레스 스틸 2.5mm 전극화재 테스트 기술 (FTT)M015-4질량 손실 열량계의 스파크 점화기. 점화 시 표면 온도를 측정하기 위해 COFA 설정에 사용됩니다.
적외선 이미터 모듈 M110/348Heraeus80046199발열체용 수냉식 홀더가 있는 새로운 설계의 기반이 된 오리지널 적외선 히터입니다. 2개의 단파 트윈 튜브 이미터(09751751)가 포함되어 있습니다. CB1x25 P 타입 전원 컨트롤러로 작동됩니다.
전원 컨트롤러 Heratron Heraeus80055836적외선 히터용 Type CB1x25 P 전원 컨트롤러.

참고문헌

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